JPH0131111B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は太陽熱と外気熱を熱源として給湯や
暖房運転を行なう太陽熱ヒートポンプ装置の蒸発
器として使用される太陽熱コレクタに関する。

〔従来技術〕

従来この種太陽熱コレクタを使用する太陽熱ヒ
ートポンプ装置としては各種の形式があつた。１
つは例えば特開昭52−151960号公報に示されてい
るように、太陽熱コレクタのみを蒸発器として使
用する形式の直膨式のもので、晴天時で日照が充
分ある時は冷媒液を太陽熱で加熱蒸発させ、曇天
時で日照が充分でない時や夜間は、太陽熱コレク
タで自然対流により外気から熱を吸収して冷媒液
を加熱蒸発させる。

今一つの直膨式の形式として、例えば実開昭56
−141972号公報に示されるように、太陽熱集熱用
コレクタと、外気熱集熱用の室外コイルを共に蒸
発器として使用するものがあつた。これは日照が
充分ある時は太陽熱コレクタを、日照が少ない時
は室外コイルを、又日照が中間的な時は太陽熱コ
レクタと室外コイルの両方を、それぞれ蒸発器と
して切換え使用するものである。

さらに、直膨式以外の形式として、例えば実公
昭53−40758号公報に示されるように、太陽熱コ
レクタ中に循環ポンプで水を流して太陽熱で温水
にして貯湯槽へ蓄え、必要に応じこの温水を上記
循環ポンプで空気熱交換器へ循環させ、外気温を
高めてヒートポンプ装置の室外コイルに送り蒸発
温度を高める形式のものがあつた。

しかしながら、従来の上記太陽熱コレクタのみ
を蒸発器として使用する装置は、冷媒回路の切換
え手段が不要で制御手段も簡単であるが、コレク
タが自然対流により外気から熱を吸収しやすいよ
う裸で構成されているため集熱フインの放熱損失
が多くなる。特に太陽熱を利用する時は冷媒液の
蒸発温度（集熱温度）を外気温より高くとつて成
積係数（COP）を上げているが、その蒸発温度
を高くする程放熱損失が大となり集熱効率は急激
に低下する。従つてこの形式のヒートポンプ装置
では集熱効率が低いため単価の安いコレクタを使
用できるものの一定の熱量を得るには広い集熱面
積を必要とし、全体では逆にコストが高くなると
いう欠点があつた。

一方太陽熱コレクタと室外コイルとを併用する
装置は、太陽熱コレクタの集熱温度を外気温より
10数度高く設定しても充分高い集熱効率を得るよ
うにでき、また日照のない時でも室外コイルから
外気熱を効率よく吸収できる。しかし蒸発器とし
て高価な太陽熱コレクタと室外コイルを別々に設
けなければならず、非常にコストが高くなると共
に、設置場所の問題や複雑な冷媒配管、切換弁等
の制御、最適冷媒量の確保など解決しなければな
らない問題点が多くあつた。

さらに上記太陽熱コレクタで加熱された温水で
ヒートポンプ装置の室外コイルへの外気温を高め
る形式のものは、日照のない時でも効率よく暖房
でき暖戻能力を上昇させることができるが、冬期
における温水回路の凍結の問題や、循環ポンプの
ランニングコストやメンテナンス、集熱回路系の
複雑な制御など、直膨式にはない数々の問題点が
あり、装置全体も膨大かつ高価となる欠点を有し
ていた。

〔発明の概要〕

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、上面を透明カバ
ーで塞ぎ内底に断熱材を敷いた外箱中の断熱材上
に、上面を太陽熱吸収面とした集熱板を配置し、
外箱傾斜方向に沿つて配管された複数のヒートパ
イプからなり、これの下部蒸発部を上記集熱板に
固着し、上部凝縮部を外箱の上端部から上方に突
出してこれに放熱フインを取付けたヒートパイプ
装置を設け、このヒートパイプ装置の放熱フイン
の風下側にヒートポンプ装置の蒸発器を配置し、
これらの間に送風機で外気を送ることにより、比
較的簡単な、安価な装置で晴天時でも、曇天時、
夜間でも共に高い効率で、太陽熱または外気熱を
集熱できる太陽熱コレクタを提供することを目的
としている。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図ないし第５図はこの発明の一実施例を
示す図で、第１図は側面図、第２図は上部のみの
拡大概略断面図、第３図は放熱フイン部の一部を
省略した正面図、第４図はヒートポンプ装置の蒸
発器の一部を省略した正面図、第５図は第１図の
−拡大部分断面図である。図において、１は
外箱、２はこの外箱の上部開口部を塞ぐガラス板
等の透明カバー、３はこの透明カバーの周囲に取
付けられたパツキン、４はこのパツキンを上から
押え、上記外箱１へ上記透明カバー２を固定する
押え金具、５は上記外箱１の内底および内側面に
張られた断熱材、６はこの内底の断熱材５の上に
配置され、外箱１の傾斜方向に沿つて複数板に分
割された、アルミニウム押出型材により成形され
た集熱板、７はこの集熱板６の上面の太陽熱吸収
面に施された黒色塗装等の吸収膜、８は集熱板６
の下面中央に長手方向（外箱１の傾斜方向）に沿
つて設けられたヒートパイプ押え部、９は、下方
蒸発部１０がヒートパイプ押え部８にそれぞれ圧
入固着され、上方凝縮部１１は外箱１の上端面よ
り上方に空出した複数のヒートパイプからなるヒ
ートパイプ装置、１２はこのヒートパイプ装置の
上方凝縮部１１に拡管接合により一体に取付けら
れた多数のアルミニウム板からなる放熱フイン、
１３はヒートパイプ装置９の各パイプ中に封入さ
れた凍結温度の低い作動流体、１４は放熱フイン
１２の風下側に配置されたヒートポンプ装置（全
体回路は省略）の蒸発器、１５はこの蒸発器１４
を構成する多数のアルミニウム板からなる吸熱フ
イン、１６は同じく蒸発器１４を構成する蒸発
管、１７は放熱フイン１２と蒸発器１４に外気を
流す送風機、１８はこの送風機１７と上記放熱フ
イン１２、蒸発器１４を収納する室外コイルケー
スである。なお上記外箱１は透明カバー２が南
（南半球では北）に面するよう傾斜して設置され、
室外コイルケース１８はこの外箱１の上端部に接
し、これより上方に配置される。

上記のように構成された太陽熱コレクタにおい
て、晴天時太陽光は透明カバー２を透過し、集熱
板６の吸収膜で吸収されヒートパイプ装置９の蒸
発部１０を加熱する。蒸発部１０内の液状の作動
流体１３は加熱によつて沸騰蒸発し圧力・温度の
わずかに低い上方凝縮部１１へ移動する。放熱フ
イン１２には送風機１７の運転によつて外気が送
られ、凝縮部１１の作動流体１３は冷却され凝縮
液化し、凝縮潜熱を放出する。液化した作動流体
１３は重力により再び蒸発部１０へ戻り、日射が
ある限りこの循環が継続される。放熱フイン１２
を通過し温度の高められた空気は蒸発器１４で吸
熱フイン１５により吸熱され蒸発管１６内を流れ
る冷媒を蒸発させる。日射量が少なくなるに従い
ヒートパイプ装置９のパイプ内の作動流体１３の
循環量は減少し、ある日射、外気温できまる条件
以下になると停止する。それからは蒸発器１４は
送風機１７の運転により外気からのみ熱を吸収す
る。この時の蒸発温度は一般的に外気温を10℃弱
下回る温度になる。一方晴天時は太陽熱により蒸
発器１４の吸込空気が予熱されるので蒸発温度は
上昇する。

なお上記実施例では放熱フイン１２を複数のヒ
ートパイプ用に一体で構成したが、各ヒートパイ
プの凝縮部毎に設けるようにしてもよく、こうす
れば制作組立がより簡単になる。また放熱フイン
１２はアルミニウムフインを拡管接合する以外
に、例えばアルミニウムの針状巻付フインとして
もよい。

さらに上記実施例では放熱フイン１２と吸熱フ
イン１５を別々の部材で構成していたが、両フイ
ンを一体化させてもよい。この場合はヘアピン状
の蒸発管１６の配置が縦位置となる。

また、上記実施例では、ヒートパイプ装置９の
凝縮部１１を鉛直方向に配置したが、これは必ず
しも鉛直である必要はなく、ヒートパイプを曲げ
ずに直線状にして、室外コイルケース１８を外箱
１と同一平面状に配置し、送風機１７により風を
略上下方向に流すようにしてもよい。

なお、日射の強さが短時間で大きく変化する時
は、蒸発器１４への空気温度が変動し、ヒートポ
ンプ装置の動作が不安定になる場合もあるが、集
熱板６に熱容量をもたせるか、集熱板６の下面に
熱容量の大きい物質、例えば潜熱形蓄熱材等を配
置するとより安定してヒートポンプ装置を運転す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、上面を透明カ
バーで塞ぎ、内底に断熱材を敷いた外箱内に収納
され断熱材上に配置された集熱板に、ヒートパイ
プの蒸発部を固着し、そのヒートパイプの凝縮部
を外箱の上端部から突出させ、こゝに放熱フイン
を取付け、それの風下側にヒートパイプ装置の蒸
発器を配置し、これらに外気を送る送風機を設け
るという簡単な構造により、無動力、無制御で集
熱板が高い集熱効率で集めた太陽熱をヒートポン
プ装置の蒸発器で利用でき、晴天時に高い成績係
数でヒートポンプ装置を運転することができ、曇
天時や夜間でも外気から効率よく集熱でき、しか
もヒートパイプの作動流体として低い凍結温度の
ものが利用できるので冬期の凍結による破損をも
防止できる等の諸効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例を
示す図で、第１図は側面図、第２図は、それの上
部のみの拡大概略断面図、第３図はそれの放熱フ
イン部の一部省略して示す正面図、第４図はヒー
トポンプ装置の蒸発器の一部省略して示す正面
図、第５図は、第１図の−拡大部分断面図で
ある。 図において、１は外箱、２は透明カバー、５は
断熱材、６は集熱板、９はヒートパイプ装置、１
０はそれの蒸発部、１１は凝縮部、１２は放熱フ
イン、１４はヒートポンプ装置の蒸発器、１５は
それの吸熱フイン、１７は送風機である。なお、
図中同一符号は同一部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上面を透明カバーで塞ぎ内底に断熱材を敷い
   て構成し、傾斜して配設される外箱、この外箱内
   に収納され、上記断熱材上に配置された、上面を
   太陽熱吸収面とした集熱板、上記外箱傾斜方向に
   沿つて配管された複数のヒートパイプからなり、
   下部蒸発部が上記集熱板に固着し、上部凝縮部が
   上記外箱の上端部から突出するよう設けられたヒ
   ートパイプ装置、このヒートパイプ装置の凝縮部
   に取付けられた放熱フイン、この放熱フインの風
   下側にこれと一体又は別個に配置されたヒートポ
   ンプ装置の蒸発器及びこの蒸発器と上記放熱フイ
   ンに外気を送る送風機とを備えたことを特徴とす
   る太陽熱コレクタ。 ２ 上記集熱板の下面に、これと接触して潜熱形
   蓄熱材等の熱容量の大なる物質を配設してなる特
   許請求の範囲第１項記載の太陽熱コレクタ。